一种TiVCrZrWAg高熵合金薄膜材料及其制备方法和应用

    专利2026-01-21  6


    本发明属于防护材料,具体说是涉及一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料及其制备方法和应用。


    背景技术:

    1、随着科技的迅猛发展,薄膜材料在航空航天发动机部件、精密机械组件和生物医学植入物等领域发挥着至关重要的作用。然而,这些应用领域中,薄膜材料高摩擦系数和不足的耐磨损性能仍是影响部件性能的主要瓶颈,因此,提升薄膜材料的自润滑特性和耐磨损性能成为了迫切的科学课题。

    2、高熵合金与人们所熟知的镍基合金、钛合金、铁基合金、铝合金等传统合金不同。传统合金是以1-2种金属元素为基础,添加不同的合金元素以改善性能的材料。而高熵合金定义为由5种或5种以上元素以等摩尔比(或近等摩尔比)组成。

    3、在高熵合金中,各种元素的原子无序随机的分布在晶格位置上,独特的晶体结构为合金提供了更加优异的性能,包括高强韧度,高抗磨性,高硬度,高塑性,抗腐蚀,磁学性能以及高温上良好的稳定性等优异性能。在学术交流网站上国内外学者的研究热点中,足以看出高熵合金和高熵合金涂层作为新型材料的巨大潜力,有望成为新一代材料的佼佼者。本方案探究将银元素引入tivcrzrw高熵合金中,以便探究其摩擦学和耐腐蚀性能。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于提供一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料及其制备方法和应用,在tivcrzrw高熵合金中引入银元素,细化了薄膜的晶粒结构,提高了其致密性,显著改善了摩擦性能和耐腐蚀性能,对于高性能机械部件的性能提升具有重大意义。

    2、一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,具体包括如下步骤:

    3、步骤s1:对硅基底进行清洗和烘干处理;

    4、步骤s2:将清洗和烘干后的硅基底置于磁控溅射装置的真空腔体中,将tivcrzrw靶材和ag靶材安装在磁控溅射装置的靶位上,两个靶材与硅基底的距离均设置为10cm~12cm,抽真空至真空度为1×10-4pa~1.2×10-4pa;

    5、步骤s3:向真空腔体中通入ar气体作为溅射气体,调节腔体中的工作压强为0.7pa~0.8pa;

    6、轰击tivcrzrw靶材和ag靶材后,tivcrzrw靶材、ag靶材同时开始溅射,两个靶材的溅射厚度相等,均为0.8μm~1.0μm;

    7、步骤s4:溅射结束后,将腔体冷却到室温,得到tivcrzrwag高熵合金薄膜。

    8、所述步骤s1中,依次使用无水乙醇、丙酮和去离子水对硅基底进行超声清洗,各清洗15min~20min,最后在70℃下烘干。

    9、所述步骤s2中,通过涡轮分子泵将腔体的真空度抽至1×10-4pa~1.2×10-4pa。

    10、所述步骤s3中,设定tivcrzrw靶材采用直流电流,溅射电流为0.2a,ag靶材采用直流电流,溅射电流分别为0、0.08、0.12、0.16a。

    11、所述步骤s3中,所述ar的流速为60sccm。

    12、所述步骤s3中,设定沉积温度为室温。

    13、其中,沉积温度是实验条件,该实验在室温下进行溅射;本方案中所述的硅基底为单晶硅(100)。

    14、一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法制备的tivcrzrwag高熵合金薄膜材料。

    15、一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料在生物医学骨科植入物的应用。

    16、本方案提出了一种基于tivcrzrw高熵合金引入ag元素的新型薄膜材料,这种材料主要由钛元素、钒元素、铬元素、锆元素、钨元素和银元素组成,通过引入间隙原子ag到tivcrzrw晶格结构中,实现了对材料微观结构的显著改进。

    17、ag原子作为间隙元素,以固溶体的形式进入tivcrzrw晶格中,增加了晶格的畸变,这种畸变增强了tivcrzrw高熵合金薄膜材料的摩擦和耐腐蚀性能。

    18、ag元素的加入显著提升了tivcrzrw高熵合金薄膜材料的性能,其低摩擦系数和耐腐蚀性能特别适合在生物医学骨科植入物的应用。

    19、本发明达成以下显著效果:

    20、(1)本发明采用的磁控溅射沉积技术制备上述tivcrzrwag高熵合金薄膜材料,工艺简单、成本低、产率高,可大批量工业生产。

    21、(2)本发明提出了利用磁控溅射法构筑优良摩擦学和耐腐蚀等性能于一体的tivcrzrwag高熵合金薄膜的方法。



    技术特征:

    1.一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

    2.根据权利要求1所述的一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,依次使用无水乙醇、丙酮和去离子水对硅基底进行超声清洗,各清洗15min~20min,最后在70℃下烘干。

    3.根据权利要求1所述的一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中,通过涡轮分子泵将腔体的真空度抽至1×10-4pa~1.2×10-4pa。

    4.根据权利要求1所述的一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,设定tivcrzrw靶材采用直流电流,溅射电流为0.2a,ag靶材采用直流电流,溅射电流分别为0、0.08、0.12、0.16a。

    5.根据权利要求1所述的一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,所述ar的流速为60sccm。

    6.根据权利要求1所述的一种tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,设定沉积温度为室温。

    7.一种根据权利要求1-6任一项所述的tivcrzrwag高熵合金薄膜材料的制备方法制备的tivcrzrwag高熵合金薄膜材料。

    8.一种根据权利要求1-6任一项所述的tivcrzrwag高熵合金薄膜材料在生物医学骨科植入物的应用。


    技术总结
    本发明提供一种TiVCrZrWAg高熵合金薄膜材料及其制备方法和应用,包括如下步骤:对硅基底进行清洗和烘干处理;将清洗和烘干后的硅基底置于磁控溅射装置的真空腔体中,将TiVCrZrW靶材和Ag靶材安装在磁控溅射装置的靶位上;向真空腔体中通入Ar气体作为溅射气体,调节腔体中的工作压强;轰击TiVCrZrW靶材和Ag靶材后,TiVCrZrW靶材、Ag靶材同时开始溅射,两个靶材的溅射厚度相等;溅射结束后,将腔体冷却到室温,得到TiVCrZrWAg高熵合金薄膜。本发明提供的TiVCrZrWAg高熵合金薄膜材料及其制备方法和应用,在TiVCrZrW高熵合金中引入银元素,细化了薄膜的晶粒结构,提高了其致密性,显著改善了摩擦性能和耐腐蚀性能,对于高性能机械部件的性能提升具有重大意义。

    技术研发人员:任萍,王文哲,李奂宇,马啸飞,张尚洲
    受保护的技术使用者:烟台大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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